高性能复合石灰石粉的制备及性能研究.pdf
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1、试验研究Experimental Research47总170期 2023.08 混凝土世界引言混凝土行业每年会消耗大量的砂石集料,石灰石是制备砂石集料的重要来源,在石灰石破碎生成砂石集料的过程中,会产生大量的石灰石粉,这些石灰石粉主要依靠堆存处理,尚未得到有效的利用1-4。由于环保意识的深入和相关政策的实施,对石灰石粉的研究逐渐受到重视。GB 1752020通用硅酸盐水泥中规定,石灰石粉可以用作混合材生产水泥,但对用量做了限制。用少量石灰石粉取代熟料,可以减少能耗、节省成本并改善水泥的物理力学性能5-6。目前,更多的研究集中于石灰石粉在混凝土中的应用。沈乾洲7的研究结果表明,收稿日期:202
2、1-8-21第一作者:李伟,1989年生,工程师,主要从事新型建筑材料研究及商品混凝土生产管理工作,E-mail:通信作者:蒋勇,1988年生,主要研究方向为新型建材及混凝土外加剂,E-mail:高性能复合石灰石粉的制备及性能研究李伟1蒋勇2吴茂杰3蒋31.四川华西绿舍宏泰混凝土有限公司 四川 德阳 6183032.绵阳职业技术学院 四川 绵阳 6210003.四川砼兴源建材科技有限公司 四川 绵阳 621022摘 要:为了 克服原状石灰石粉反应活性低的缺点,提高其在水泥混凝土中的消纳量,采用物理粉磨和复配激发剂的方法对石灰石粉进行了改性处理。按质量比0%、5%、10%、15%在石灰石粉中加入
3、激发剂,并按激发剂质量的5%外掺磷石膏,制备得到复合石灰石粉,研究石灰石粉的易磨性、掺入复合石灰石粉的胶砂抗压强度比及其在混凝土中的应用效果。结果表明:原状石灰石粉易于粉磨,随着粉磨时间的延长,粉磨样品的细度D10、D50和D90均明显下降;粉磨20min后,纯石灰石粉的抗压强度比即可达到粉煤灰的要求;将石灰石粉与激发剂、磷石膏复合后,其胶砂的抗压强度比明显高于粉煤灰的标准要求。此外,将复合石灰石粉应用于混凝土中,可100%取代粉煤灰,利用物理粉磨和复配激发剂的方法均可以提升石灰石粉的反应活性,且后者效果更为明显。关键词:石灰石粉;粉磨;激发剂;抗压强度Preparation and Prop
4、erties of High-performance Composite Limestone PowderAbstract:To overcome the disadvantage of low reactivity of the limestone powder and increase its absorption in cement concrete,the method of physical grinding and compound activator was used to modify the limestone powder.The composite limestone p
5、owder was prepared by adding an activator to limestone powder according to the mass ratio of 0%,5%,10%,and 15%,and adding phosphogypsum according to 5%of the mass of the activator,studies the grind ability of limestone powder,compressive strength ratio of cement mortar with limestone powder and its
6、application effect in concrete.The results show that the undisturbed limestone powder was easy to grind,and the fineness D10,D50 and D90 of the grinding samples decrease obviously with the extension of grinding time.After grinding for 20 minutes,the compressive strength ratio of pure limestone powde
7、r can meet the requirements of fly ash,and the compressive strength ratio of cement mortar is higher than that of fly ash when limestone powder is combined with activator and phosphogypsum.In addition,the application of composite limestone powder in concrete can 100%replace fly ash,the reaction acti
8、vity of limestone powder can be improved by using physical grinding and composite activator methods,and the latter effect is more obvious.Key words:Limestone powder;grinding;activator;compressive strength试验研究Experimental Research48CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170用石灰石粉大掺量取代粉煤灰配制混凝土具有可行性,50%取代粉煤灰时混凝土的可泵性
9、和抗压强度最优。SUN Y等8采用石灰石粉和煅烧黏土尾矿为掺合料,制备了一种环境友好型UHPC,作者认为这种UHPC材料在石灰石粉和黏土资源丰富的地区具有实用价值。国外学者对于石灰石粉的利用研究较早,但受限于其较低的活性,在混凝土中的用量不能太高。Z SAWICZ等9的研究结果表明,石灰石粉的掺量超过5%时会对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性造成不利影响。JEAN PRA等10评估了不同掺量石灰石粉对C3S水化的影响,以解释硅酸盐水泥水化过程中发生的物理化学变化,结果表明,石灰石粉对C3S的水化有促进作用,并促进了少量水化碳硅酸钙的生成;但当掺量超过10%时,掺石灰石粉砂浆的抗压强度会出现明显下降。RA
10、MEZANIANPOUR A A等2的研究表明,当混凝土中石灰石粉掺量不超过10%时,性能与普通混凝土基本相当,超过10%会造成混凝土的力学性能下降。石灰石粉在混凝土材料中具有较高的利用价值,除了普通混凝土外,利用石灰石粉还可以制备无砟轨道11、碾压混凝土12、清水混凝土13,甚至在石膏基材料中也得到了应用14。但是由于石灰石粉的反应活性较低,制约了其应用。关于石灰石粉的低活性问题,邓先宾等15将其与高活性的矿渣、硅灰进行复合使用,以发挥多种原料的协同效应。武海轮16则将石灰石粉进行超细化处理以激发其活性,相关研究均取得了一定的效果。本文采用物理粉磨和化学激发方法,对原状石灰石粉进行了改性处理
11、,研究粉磨时间、激发剂掺量对胶砂抗压强度比的影响,并将改性处理后的复合石灰石粉应用于混凝土的制备,以期为石灰石粉的高附加值利用提供参考意见。1 材料与方法1.1 试验材料水泥:PO 42.5R普通硅酸盐水泥,四川双马水泥股份有限公司,其主要物理性能指标见表1。石灰石粉:四川省北川县某建材公司,其基本性能指标见表2。助磨剂:市售工业级三乙醇胺,稀释成10wt%的溶液使用。激发剂:水泥熟料,北川中联水泥公司。磷石膏:磷化工企业生产的-CaSO40.5H2O,有效成分大于85%。粉煤灰:市售级粉煤灰。1.2 配合比空白胶砂和试验胶砂的配合比见表3,混凝土的基础配合比见表4。1.3 试验方法粉料粒度测
12、试:将原状石灰石粉烘干至含水率低于0.5%,采用实验室震动磨对烘干后的石灰石粉进行不同时间的再次粉磨,每次粉磨500g。采用激光粒度测试仪检测粉磨样品的细度,统计D10、D50和D90,评估石灰石粉的易磨性。复合石灰石粉制备:将石灰石粉和水泥熟料(做为激发剂)分别粉磨20min和30min备用,然后按质量比0%、5%、10%、15%分别在石灰石粉中加入激发剂,并按激发剂质量的5%外掺磷石膏,制备成4组复合掺合料,记为1#、2#、3#、4#组,进行后续测试。胶砂的抗压强度比测试:参照GB/T 351642017用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉进行试验。混凝土的抗压强度测试:制作试件尺寸100m
13、m 100mm100mm的立方体,参照GB/T 500812019普通表 1 水泥的物理性能指标标准稠度用水量/%凝结时间/min 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa安定性初凝终凝3d28d3d28d28.32102805.37.328.347.7合格 表 2 原状石灰石粉基本性能指标%45m筛余含水率碳酸钙含量431.5测定值GB/T 351642017用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉标准值8575 表 3 空白胶砂和试验胶砂的配合比 kg/m3胶砂种类水泥石灰石粉中国ISO标准砂水空白胶砂45001350225试验胶砂3151351350225 表 4 混凝土基础配合比 kg/m3水泥粉
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